ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОАГРЕГАТ Российский патент 1994 года по МПК F03B13/10 

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к прямоточным гидроагрегатам в виде погруженной гидросиловой установки, и может быть использовано в качестве гидроагрегата малой гидростанции.

Известен прямоточный агрегат с осевой турбиной, к периферийным кромкам лопастей рабочего колеса которой крепится ротор генератора, получивший название страфло [1].

Недостатком прямоточного агрегата типа страфло является ненадежное гидравлическое уплотнение, защищающее генератор от попадания влаги.

Известен прямоточный гидроагрегат, содержащий ротор, корпус статора с боковыми фланцами и гидравлическими уплотнениями, камеру, в которой установлено колесо турбины с ободом и лопастями ротора, укрепленного на ободе и расположенного в корпусе статора [2].

Недостатком этого гидроагрегата является низкая надежность гидравлического уплотнения, которое допускает проникновение влаги в корпус статора генератора.

Цель изобретения - повышение надежности гидравлических уплотнений с принудительной аэрацией потока.

Для этого обод расположен между гидравлическими уплотнениями в пазах боковых фланцев статора, зазор между поверхностями взаимодействия обода и гидравлических уплотнений заполнен сжатым газом, например воздухом, давление которого в зазоре со стороны входа потока выше давления в зазоре со стороны выхода потока, при этом обод выполнен с Т-образным выступом внутреннего диаметра с укрепленным ротором и Т-образным выступом наружного диаметра в виде лопастей.

Т-образный роторный выступ обода содержит зубья и кинематически связан со стандартными обратимыми генератором и компрессором. Камера гидроагрегата обладает положительной плавучестью и укреплена на вертикальных цилиндрических понтонах, каждый из которых в нижней погружной части содержит поршневой компрессор, причем понтоны скреплены в нижней части грузовой пластиной, а в верхней части соединены между собой корпусом ветроагрегата, зазор между поверхностями взаимодействия обода и гидравлических уплотнений заполнен жидкостью под давлением, например водой.

На фиг. 1 изображен прямоточный гидроагрегат на вертикальных цилиндрических понтонах с грузовой пластиной и ветроагрегатом; на фиг.2 - узел I на фиг. 1; на фиг.3 - узел II на фиг.1; на фиг.4 - гидроагрегат с наружным расположением лопастей рабочего колеса турбины; на фиг.5 - гидроагрегат, оснащенный обратимыми генератором и компрессором.

Прямоточный гидроагрегат состоит из ротора 1, корпуса статора 2, боковых фланцев 3 и 4 с пазами 5, гидравлических уплотнений 6, полых болтов 7, зазора 8, камеры 9, рабочего колеса турбины 10 с лопастями 11 внутреннего диаметра, обода 12 с Т-образным выступом 13, пневмопровода 14, направляющих решеток 15 и 16, грузовой пластины 17, ветроагрегата 18 с лопастями 19 наружного диаметра обода 20 с Т-образным выступом 21 с зубьями 22, корпуса 23, боковых фланцев 24 и 25 с пазами 5, гидропровода 26, обратимого генератора 27 с шестерней 28, обратимого компрессора 29 с шестерней 30, вертикальных цилиндрических понтонов 31 с поршневым компрессором 32, трубой 33 с отверстием 34.

На фиг.4 представлен гидроагрегат, состоящий из ротора 35, корпуса статора 36, боковых фланцев 37 и 38 с пазами 5, гидравлических уплотнений 6, полых болтов 7, зазора 8, камеры 39, рабочего колеса турбины 40 с лопастями 41 наружного диаметра обода 42 с Т-образным выступом 43, пневмопровода 14, направляющих решеток 44 и 45, опор 46 и 47 крепления капсулы гидротурбины, монтажных крышек 48.

На фиг. 5 представлен гидроагрегат, состоящий из корпуса 49, боковых фланцев 3 и 4 с пазами 5, гидравлических уплотнений 6, полых болтов 7, зазора 8, камеры 9, рабочего колеса турбины 10 с лопастями 11 внутреннего диаметра обода 12 с Т-образным выступом 50 с зубьями 51, пневмопровода 14, направляющих решеток 15 и 16, обратимого генератора 52 с шестерней 53, обратимого компрессора 54 с шестерней 55.

Прямоточный гидроагрегат (фиг.1) работает следующим образом.

Камера 9 укреплена на вертикальных понтонах 31, содержащих трубы 33 забора воздуха и поршневые компрессоры 32 в нижней части. Штоки поршней компрессоров 32 шарнирно скреплены с грузовой пластиной 17, а трубы 33 - с ветроагрегатом 18. Устройство обладает положительной плавучестью, что позволяет разместить камеру 9 с турбиной и генератором и поршневые компрессоры 32 с грузовой пластиной 17 в потоке реки, а ветроагрегат 18 - над поверхностью потока.

Поток вращает рабочее колесо турбины 10, лопасти 11 которого по наружному диаметру прикреплены к ободу 12, выполненному в сечении в форме параллелограмма и содержащему Т-образный выступ 13 по наружному диаметру. Обод 12 размещен и вращается между гидравлическими уплотнениями 6, укрепленными в пазах 5 боковых фланцев 3 и 4 полыми болтами 7, через которые пневмопроводом 14 подается сжатый воздух из герметичных полостей понтонов 31 в зазор 8, создавая между поверхностями взаимодействия обода 12 и гидравлическими уплотнениями 6 воздушную подушку, причем большее количество воздуха (давление выше) подается в зазор между поверхностями, воспринимающими осевую нагрузку потока.

На Т-образном выступе 13 обода 12 укреплен ротор 1, который взаимодействует при вращении с обмоткой в корпусе статора 2, реализуя генератор. К корпусу статора 2 крепятся боковые фланцы 3 и 4. К боковому фланцу 3 крепится конфузор, совмещенный с направляющей решеткой 15, а к боковому фланцу 4 - диффузор. Конструкция вставляется в обечайку и закрепляется фланцем решетки 15 и соответственно фланцем с зубом решетки 16, реализуя тем самым герметичный объем камеры 9. При этом гидравлические уплотнения 6 выполнены из износостойкого материала, например витона, в виде V-образного профиля, что позволяет в сочетании с ободом 12 в сечении в форме параллелограмма реализовать опору скольжения гидроагрегата на воздушной подушке, отработанный воздух которой частично сбрасывается в речной поток, а частично заполняет герметичный объем камеры 9, создавая в ней избыточное давление, и через редукционный клапан (не показан) также сбрасывается в поток. Такое сочетание позволяет надежно защитить внутренний объем камеры 9, в которой размещен генератор в виде ротора 1 и обмотки в корпусе статора 2, от проникновения влаги при работе. При остановке гидроагрегата и прекращении подачи сжатого воздуха в зазор 8 края гидравлических уплотнений 6 прижимаются к граням обода 12 за счет упругих свойств материала и внешнего давления среды, что в сочетании с избыточным давлением в камере 9 также исключает возможность попадания влаги в генератор.

Сжатый воздух для опоры скольжения на воздушной подушке качают поршневые компрессоры 32 в герметичные объемы понтонов 31, а забор воздуха производится трубой 33 с отверстием 34. При этом поршни компрессоров 32, связанные с грузовой пластиной 17, утилизируют энергию волн в сжатый воздух известным способом (возвратные пружины и амортизаторы компрессора 32 не показаны).

Ветроагрегат 18, укрепленный на концах труб 33 понтонов 31, имеет рабочее колесо в виде ротора Дарье. Воздушный поток вращает рабочее колесо, лопасти 19 которого по внутреннему диаметру прикреплены к ободу 20, выполненному в сечении в форме параллелограмма и содержащему Т-образный выступ 21 по внутреннему диаметру с зубьями 22. Обод 20 размещен и вращается между гидравлическими уплотнениями 6, укрепленными в пазах 5 боковых фланцев 24 и 25 полыми болтами 7, через которые по гидропроводу 26 подается гидронасосом (не показан) вода под давлением в зазор 8, создавая между поверхностями взаимодействия обода 20 и гидравлическими уплотнениями 6 гидравлическую подушку, причем большее количество воды (давление выше) подается в зазор, воспринимающей силу тяжести рабочего колеса.

Боковые фланцы 24 и 25 скреплены с корпусом 23 и образуют жесткую конструкцию с полостью, в которой размещается Т-образный выступ 21 обода 20 с зубьями 22, с которыми взаимодействует шестерня 30 обратимого компрессора 29 и шестерня 28 обратимого генератора 27, укрепленных на боковых фланцах 24 и 25. Причем компрессор поставляет сжатый воздух в объем понтонов 31, а обратимость агрегатов необходима для трогания рабочего колеса с места.

Прямоточный гидроагрегат (фиг.4) работает следующим образом.

Камера 39 укреплена на понтонах 31 и погружена в поток реки или может быть поставлена стационарно в низконапорное гидротехническое сооружение.

Поток вращает рабочее колесо турбины 40 с лопастями 41 наружного диаметра обода 42 с Т-образным выступом 43, на котором укреплен ротор 35. Обод 42 размещен и вращается между гидравлическими уплотнениями 6, укрепленными в пазах 5 боковых фланцев 37 и 38 полыми болтами 7, через которые пневмопроводом 14 подается сжатый воздух в зазор 8, реализуя опору скольжения на воздушной подушке.

Ротор 35, укрепленный на ободе 42, при вращении взаимодействует с обмоткой в корпусе статора 36, реализуя генератор. К корпусу статора 36 крепятся боковые фланцы 37 и 38. К фланцу 37 крепится передний обтекатель с опорой 46, а к фланцу 38 - задний обтекатель с опорой 47, образуя герметичный объем капсулы генератора. Полые опоры 46 и 47 (монтажный проем) закрыты крышками 48 и укреплены в направляющих решетках 44 и 45, ребра которых имеют продольные полости для прокладки коммуникаций. Конструкция вставляется в обечайку камеры 39 и закрепляется фланцами решеток 44 и 45.

Гидравлические уплотнения 6 и обод 42 в сочетании со сжатым воздухом реализуют опору скольжения гидроагрегата на воздушной подушке, отработанный воздух которой частично сбрасывается в поток, а частично заполняет герметичный объем капсулы генератора и через редукционный клапан также сбрасывается в поток. Такое сочетание позволяет надежно защитить внутренний объем капсулы с генератором от попадания влаги.

Гидроагрегат (фиг.5) работает следующим образом.

Камера 9 укреплена на понтонах 31 и погружена в поток реки. Поток вращает рабочее колесо турбины 10, лопасти 11 которого по наружному диаметру прикреплены к ободу 12 с Т-образным выступом 50 с зубьями 51. Обод 12 размещен и вращается между гидравлическими уплотнениями 6, укрепленными в пазах 5 боковых фланцев 3 и 4 полыми болтами 7, через которые пневмопроводом 14 подается сжатый воздух в зазор 8, реализуя опору скольжения на воздушной подушке.

Боковые фланцы 3 и 4 скреплены с корпусом 49 и образуют жесткую конструкцию с полостью, в которой размещается Т-образный выступ 5 с зубьями 51, с которыми взаимодействует шестерня 53 обратимого генератора 52 и шестерня 55 обратимого компрессора 54. Компрессор 54 качает сжатый воздух в объем понтонов 31, а обратимость агрегатов необходима для трогания рабочего колеса с места при работе в режиме насоса.

Использование: в малой гидростанции. Сущность изобретения: в камере установлено рабочее колесо турбины, имеющее лопасти и обод. Ротор закреплен на ободе и расположен в корпусе статора. Сечение обода выполнено в форме параллелограмма с Т-образным выступом, на котором закреплен ротор. В боковых фланцах статора выполнены пазы. Гидравлические уплотнения размещены в пазах. Обод установлен между уплотнениями с зазором, заполненным средой. Давление в зазоре со стороны входа потока выше давления в зазоре со стороны выхода потока. Камера имеет положительную плавучесть и снабжена грузовой пластиной, ветроагрегатом и вертикальными цилиндрическими понтонами, каждый из которых оснащен поршневым компрессором. Понтоны соединены в нижней части грузовой пластиной, в верхней части - ветроагрегатом. Зазор между ободом и уплотнением заполнен жидкостью под давлением. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОАГРЕГАТ, содержащий ротор, корпус статора с боковыми фланцами и гидравлическими уплотнениями, камеру, установленное в ней рабочее колесо турбины, имеющее лопасти и обод, причем ротор закреплен на ободе и расположен в корпусе статора, отличающийся тем, что сечение обода выполнено преимущественно в форме параллелограмма с Т-образным выступом и ротор закреплен на выступе, в боковых фланцах статора выполнены пазы, гидравлические уплотнения размещены в пазах, обод расположен между уплотнениями с зазором и последний заполнен средой, при этом давление в зазоре со стороны входа потока выше давления в зазоре со стороны выхода потока. 2. Гидроагрегат по п.1, отличающийся тем, что Т-образный выступ выполнен на наружном диаметре обода, внутренний диаметр которого соединен с периферийной частью лопастей рабочего колеса турбины. 3. Гидроагрегат по п.1, отличающийся тем, что Т-образный выступ выполнен на внутреннем диаметре обода, наружный диаметр которого соединен с лопастями рабочего колеса турбины. 4. Гидроагрегат по пп.1 - 3, отличающийся тем, что Т-образный выступ снабжен зубьями и кинематически соединен с обратимыми генератором и компрессором, при этом зазор между ободом и уплотнениями заполнен сжатым газом, например воздухом. 5. Гидроагрегат по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что камера имеет положительную плавучесть и снабжена грузовой пластиной, ветроагрегатом и вертикальными цилиндрическими понтонами, каждый из которых оснащен поршневым компрессором, причем понтоны соединены в нижней части грузовой пластиной, в верхней части - ветроагрегатом и зазор между ободом и уплотнением заполнен жидкостью под давлением, например водой.